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MOOC Protéinnov’ juin 2016

Le Soja

Section Agronomie
1.1 Variétés pour l’alimentation animale, variété pour l’alimentation humaine
Le choix des variétés de soja cultivées dépend de plusieurs critères. Les contraintes
environnementales et climatiques, la qualité des sols, le rendement attendu et la volonté d’utiliser
des plants OGM ou non en sont les principaux. Puis, la sélection diffère selon les propriétés
nutritives recherchées, que ce soit pour l’alimentation humaine ou celle des animaux d’élevage. Le
soja jaune est le plus utilisé en alimentation humaine et contient davantage de protéines. Les
sélectionneurs créent régulièrement de nouvelles variétés. Il en existe une cinquantaine inscrite
au catalogue français.
1.2 Zone de production, quantité produite pour alimentation humaine/animale
Entre 2013 et 2014, la production mondiale de soja s’élevait à 280,3 millions de tonnes, sur une
surface de culture de plus d’1 million de kilomètres carrés. Cette production s’est accrue
rapidement sous l’effet d’une augmentation conjointe des surfaces et des rendements (multipliés
par 2).
Trois pays producteurs de soja dominent : les Etats-Unis d’Amérique, le Brésil et l’Argentine ont
assuré 82% des tonnages produits mondialement sur la période 2003-2007. Ils en assurent
également 90% de l’exportation. Loin derrière ce trio de tête, la Chine produit environ 7% de la
production mondiale, mais se distingue surtout comme étant une zone importante de
consommation et d’importation de soja. L’Inde et le Paraguay réalisent chacun entre 2 et 3% de la
production mondiale. Cette dernière est concentrée à 95% dans ces six pays.
Près de 90% de la production totale de soja est destinée à l’alimentation des animaux d’élevage,
sous forme de tourteaux, de farine ou de graines extrudées, contre seulement 10% pour
l’alimentation humaine.

1.3 Place des cultures OGM, non OGM
Les cultures OGM présentent des avantages : en modifiant certains gènes, les plants deviennent
plus résistants aux herbicides, s’adaptent à divers sols et conditions climatiques, nécessitent
moins d’eau et d’engrais. Les rendements des cultures sont également augmentés, tout comme
peut l’être la qualité nutritive, notamment par enrichissement en protéines et en vitamines, ou
encore par suppression de toxines et de facteurs antinutritionnels.
Aujourd’hui, d’après l’ISAAA (2016), 70% de la production mondiale de soja sont issus de plants
génétiquement modifiés, soit 92,12 millions d’hectares de culture, ce qui en fait l’espèce végétale
OGM la plus cultivée, loin devant le maïs (53,65 Mha). L’explosion de la production pour
l’alimentation des animaux d’élevage a fortement profité aux plantations d’OGM. Déjà largement
adoptée aux USA et en Argentine, la culture du soja OGM se développe très rapidement au Brésil.
Toutefois, les cultures OGM présentent aussi des risques pour l’environnement et la santé :
diffusion du transgène, apparition d’espèces résistantes, toxicité pour d’autres insectes nonnuisibles, pollution génétique par transmission à d’autres espèces, dépendance des agriculteurs
vis-à-vis des grandes firmes de l’agrobusiness, risques allergiques lors de la consommation
(causés par la création de nouvelles protéines), affaiblissement de l’efficacité des antibiotiques,
etc.
De ce fait, la demande mondiale de soja non-OGM tend à augmenter, principalement en Europe
et en Asie, où la consommation en alimentation humaine progresse. Or, plus les cultures OGM
s’étendent, plus il est difficile de garantir un soja non-OGM, en particulier pour le Brésil et les USA.
En conséquence, en Europe, la prime au soja non-OGM est passée de 2 à 3% dans les années
2000, à 15% en 2015 (soit 80 à 100€ par tonne). De plus, l’Europe vient de classer le soja dans la
catégorie des « cultures riches en protéines », et non plus dans les « oléagineux », ce qui lui
permet d’être éligible à une future aide. Aussi, les agriculteurs sont tenus de diversifier leurs
cultures, avec une possible insertion du soja dans les assolements peu diversifiés (source :
Agromédia, mai 2014). Ce contexte favoriserait le retour d’une production européenne de soja
non-OGM.

Section Nutrition
2.1 Quantité et qualité des protéines de soja, composition en acides aminés, PDCAAS
Le soja est une légumineuse dont les graines contiennent de 30 à 40% de protéines avec un bon
équilibre pour 8 acides aminés essentiels (AAE). Il est plus riche que les autres légumineuses en
méthionine et cystéine, facteur pourtant limitant de cette famille d’aliments, avec une qualité
équivalente à la viande, bien qu’inférieure à celle de l’œuf, protéine de référence. Le soja est
également riche en tryptophane (notamment précurseur de la sérotonine et de la mélatonine) et
en lysine, acide aminé limitant des céréales avec lesquelles il s’associe de manière bénéfique.
L’indice PDCAAS, qui tient compte de l’équilibre en AA et de la digestibilité de la protéine classe le
soja en tête des protéines végétales. Il faudra toutefois noter que le PDCAAS du soja varie
beaucoup selon le mode de consommation : alors que les protéines de soja sous forme d’isolat
ont une digestibilité d’environ 90%, celles des graines cuites à la vapeur ont une digestibilité de
« seulement » 65%. Par sa valeur qualitative, nutritionnelle et biologique, le soja est une source
de protéines végétales complète, pouvant tout à fait se substituer aux protéines d’origine animale
dans un régime alimentaire équilibré.

2.2 Facteurs anti-nutritionnels
Divers substances sont élaborées par le plant de soja pour se défendre des stress biotiques
(virus, bactéries, larves d’insectes), dont des anti-protéases qui ont des effets néfastes pour
l’alimentation humaine. Elles s’opposent à l’activité de la trypsine, enzyme essentielle de la
digestion et sont de ce fait des inhibiteurs de croissance. En expérimentation animale, il a été
clairement démontré que le soja non-transformé introduit dans les rations génère des troubles
pancréatiques, c’est pourquoi il n’est jamais utilisé en alimentation humaine. Les lipoxygénases
agissent quant à elles par hydroperoxydation des acides gras et par interaction avec les protéines
dans les farines, les concentrats et les isolats, affectant la couleur et la valeur nutritionnelle par
une diminution des acides gras essentiels et de certaines vitamines. Les lectines, protéines
agglutinant les érythrocytes, pourraient agir sur la physiologie du pancréas et de l’intestin grêle.
Enfin, le soja est riche en phytates, qui diminuent l’absorption intestinale du calcium, du
magnésium, du cuivre, du fer et surtout du zinc, induisant une déminéralisation.
Toutefois, les procédés de préparation du soja éliminent en grande partie ces anti-protéases. De
même, la présence de phytates est éliminée lors du processus de fermentation. Ainsi, cuisson,
fermentation et germination détruisent ces anti-nutriments et rendent cette graine consommable
par l’homme.
2.3 Bienfaits et allégations santé
Une fois éliminé le facteur antinutritionnel, et limité la présence de phytates, les produits à base de
soja ont une haute qualité nutritive, puisqu’ils apportent à la fois :
- des protéines avec l’ensemble des AA essentiels
- des acides gras insaturés, dont des omégas 3, en partie inclus dans la lécithine facilitant leur
assimilation
- des glucides sous forme d’amidon (à faible indice glycémique), des fibres et certains
oligosaccharides ayant un effet prébiotique
- de nombreux minéraux, dont le phosphore, le magnésium, le fer, le zinc, le cuivre et le
manganèse, qui font défaut dans beaucoup de rations alimentaires
- des vitamines, notamment E et du groupe B (B1, B2, B6, B9)
- des isoflavones, aux propriétés anti-oxydantes, ayant la capacité de protéger l’organisme contre
les dégâts du stress oxydatif. Leur métabolisation, dépendant de l’action d’enzymes digestives et
de la flore intestinale, est variable d’un individu à l’autre.

Section Propriétés techno-fonctionnelles
3.1 Mode de présentation du soja pour l’alimentation humaine
Traditionnellement consommé dans les pays asiatiques sous forme de graines entières ou
immatures (edamame), mais aussi sous d’autres formes plus élaborées que nous aborderons ciaprès, le soja se retrouve peu à peu au menu des autres continents. Pour s’accorder aux
différents goûts et traditions culinaires, diverses préparations sont aujourd’hui proposées. Notons
également que ces protéines de soja sont aussi utilisées en mélange ou en ajout dans des
produits carnés ou céréaliers.

a) Les préparations non-fermentées










Les boissons au soja : les graines sont dépelliculées puis broyées avec de l’eau. Cette
pâte est cuite puis filtrée afin de séparer la pulpe (Okara) du jus de soja. Pour une parfaite
digestibilité, le jus est à nouveau cuit. La qualité dépend de l’utilisation d’isolats ou de
graines entières (pour le Tonyu) et de la méthode de filtration.
Le Tofu : caillé de tonyu issu de l’ajout d’un ingrédient acide ou de sel (nigari le plus
souvent) à 84°C, égoutté et pressé. Selon le système d’égouttage, le tofu sera plus ou
moins ferme, lisse ou granuleux. Il peut également être fumé par friction naturelle.
Les protéines de soja texturées : élaborées à partir de farine de soja après extraction de
l'huile. La farine est mélangée avec de l'eau et chauffée sous pression.
Le mélange est alors séché et coupé soit en granules soit en gros morceaux.
La farine de soja
Crème dessert ou glacées : préparation non-fermentée à base de tonyu ou de filtrat de
soja, souvent sucrée et aromatisée, et épaissie par des extraits d’algues et/ou de farine de
caroube, de pectine ou d’amidon.
Crème culinaire : préparation non-fermentée pour les versions liquides, lacto-fermentée
pour la version épaisse, elle contient généralement un ajout d’huile végétale, de lécithine
ou d’autres agents épaissisants tels que la gomme de guar ou le carréghane.
Les galettes, steaks ou hachis végétaux : de nombreuses préparations sont proposées
comme substitution aux produits carnés, facilitant l’accès aux protéines végétales par leur
intégration dans les recettes traditionnelles.
Les isolats de protéines de soja : produits à partir de farine de soja par un procédé de
filtrage complexe qui filtre les lipides et glucides, ils contiennent environ 90% de protéines.
b) Les préparations fermentées
Avantages : Comme tout produit lacto-fermenté, ceux réalisés à base de soja sont
très digestes, facilement assimilables, source de probiotiques et riches en protéines.











Le Shoyu : Sauce fabriquée à partir d’un mélange de graines de soja (50%) et d’une
céréale torréfiée (50%), fermentées par des spores d’Aspergilus Orizae, puis par ajout
d’eau et de sel marin pendant 6 mois à 2 ans.
Le Tamari : Fabriqué selon les mêmes méthodes du Shoyu mais ne contient que du soja.
Les yaourts de soja : fermentés comme des yaourts à base de lait animal par deux
ferments de base (Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus), voire avec un
ajout de Bifidobactérim.
Les fromages : comme pour les préparations fromagères « animales », le tonyu remplace
le lait et est mis en lacto-fermentation, puis, éventuellement en affinage.
Le miso : pâte issue d’une fermentation très longue de graines de soja (associées ou non
à des grains de riz ou d’orge) par une bactérie (Aspergillus orizae), puis ajout d’eau et de
sel marin.
Le Tempeh : fabriqué à base de graines de soja jaune dépelliculées, cuites, écrasées, puis
ensemencées avec un ferment (Rhizopus oligosporus). Après 24 à 36 heures de
fermentation à 30°C, des moisissures se forment et transforme la préparation en une pâte
compacte avec un taux de protéine d’environ 21%.
Le Tofu lactofermenté : après pasteurisation, thermisation et ensemencement avec des
bactéries lactiques, les protéines du tonyu coagulent à froid. Après égouttage, il
s’apparente à une féta.
Le Natto : les graines de soja sont mises à tremper à la vapeur, puis ensemencées avec la
bactérie Bacillus à 45°C et fermentent durant 24h minimum, jusqu’à obtenir une pellicule
filante voire moussante.

3.2 Nature et structure des protéines du soja : albumines, globulines
Les protéines extraites de la farine de graine de soja sont composées à 90 % de globulines et
environ 10 % d’albumines. Les albumines et les globulines font partie des protéines
fonctionnelles.
Les protéines majeures de la graine sont des globulines (7S et 11S) et représentent 70%
des protéines totales. Elles contiennent toute la série des acides aminés et sont
particulièrement riches en glutamate et en aspartate. Elles sont toutefois moins bien
pourvues en acides aminés soufrés (méthionine, cystéine). Les globulines sont insolubles dans
l’eau pure mais solubles dans les solutions salines diluées. Elles précipitent par addition de
sulfate d’ammonium à 50% de saturation.
Les albumines, hydrosolubles, sont constituées d’un groupe de protéines simples (C ; H ; O ;
N) et d’un petit pourcentage de soufre. Elles sont riches en acide glutamique (glutamate),
en acide aspartique (aspartate), en lysine et en leucine, mais pauvres en tryptophane. Elles
ont un poids moléculaire compris entre 50.000 et 100.000 et un point isoélectrique situé dans
la zone acide (PI < 7). Les albumines sont solubles dans l'eau, coagulables par la chaleur et
précipitent par addition de sulfate d’ammonium entre 66% et 100% de saturation.
3.3 Fonctionnalité des protéines de soja
Les protéines de soja isolées et purifiées présentent des propriétés fonctionnelles
intéressantes, comme des propriétés gélifiantes, tensioactives, moussantes et émulsifiantes.
Ces propriétés ainsi que leur solubilité dépendent fortement du pH, du traitement thermique,
de la présence et la concentration de sels ou d’autres ingrédients.
Contrairement à la dénaturation qui n'affecte que les structures quaternaire, tertiaire et
secondaire des protéines, la dégradation quant à elle touche la structure primaire des
protéines et aboutit par conséquent à la formation d'autres produits.


Fonction d’absorption : Au cours de l'hydratation d'une poudre protéique de soja, ce
seront les groupes polaires ionisés qui vont s'hydrater les premiers puis les groupes
polaires non ionisés. L'hydratation va dépendre de la nature de ces groupes ainsi que
de leur localisation au niveau de la protéine. Ainsi pour une protéine sèche jusqu'au
gonflement on fera intervenir l'absorption, la mouillabilité, les capacités de rétention, de
cohésion et d'adhésion. Du gonflement à la dispersion ou la solubilisation on met en jeu
les propriétés de viscosité.
Cette fonction est facilement observable dans l’utilisation des protéines de soja
texturées, qui, une fois réhydratées, permettent entre autres la production de steaks
végétaux et de texturant « fibreux » dans des produits carnés (nuggets de poulet,
viande hachée).



Fonction de gélification : Les globulines ont la faculté remarquable de s'agréger sous
l'effet d'un traitement particulier pour former un gel. Le chauffage dénature les protéines
en rompant les liaisons faibles. La température de dénaturation de la ß-conglycinine est
de 65 à 75 °C et celle de la glycinine est plus élevée d'une vingtaine de degrés, soit de
85 à 95 °C. Les deux protéines globulaires du soja se comportent différemment : la
glycinine conduit à la formation de structures fibrillaires régulières, d'un diamètre
externe d'environ 12-15 nm, stabilisées par des ponts disulfure, tandis que la βconglycinine conduit à la formation d'agrégats plus compacts, moins organisés, d'un
diamètre irrégulier17. C'est pourquoi les gels obtenus avec la glycinine pure sont plus
rigides que ceux obtenus avec la β-conglycinine seule. La fermeté du gel varie avec la
sévérité du traitement thermique. Avec une solution à 10 % de protéines, un chauffage
à 80 °C donne un gel à texture ferme, et un chauffage à 120 °C donne une texture
faible. L'acidification par un jus de citron ou du vinaigre, ou l'addition de sels de calcium

(gypse) à une solution de protéines de soja fait aussi « cailler » les protéines mais le gel
est moins ferme et plus élastique que les gels obtenus par chauffage.
Le tofu et les yaourts de soja sont des produits issus de la gélification.
(Source : Université de Lille)


Fonction émulsifiante : Les protéines globulaires du soja sont moins performantes que
les caséinates par exemple, mais on peut augmenter les propriétés stabilisatrices en
dénaturant plus profondément la protéine. La présence de protéine dénaturée peut
aussi entraîner une augmentation de la viscosité du milieu. Cette augmentation de
viscosité va diminuer les mouvements des gouttelettes qui auront ainsi moins de
probabilité de se rencontrer et d'interagir ensemble. La capacité émulsifiante des
protéines est représentée par la quantité d'huile émulsifiée par gramme d'émulsion au
point d'inversion de phase. Celle de l’isolat de protéines de soja est de 70 à 150 mL
d’huile / g d’émulsion. Notons que cette capacité émulsifiante est également favorisée
par la présence de lécithine, dont l’usage en tant qu’additif dans le domaine agroindustriel est omniprésent. Il est ainsi tout à fait possible de réaliser une mayonnaise
végétale sans œuf, en les remplaçant par un peu de Tonyu.



Fonction moussante : Comme pour l’œuf (ovalbumine), les protéines du soja, et en
particulier l’albumine, sous l'action du battage, se dénaturent, se déroulent et
emprisonnent de l'air. Cette opération conduit à la formation d'une mousse (dispersion
d'un gaz dans un liquide) et au foisonnement de la solution (augmentation du volume
par ajout d'air).

Section Tradition et Innovation
4.1 Produit traditionnel au soja : Le Tempeh
 Origine et tradition
Le tempeh fait partie de la cuisine traditionnelle indonésienne et est originaire de Java. En raison
de sa valeur nutritive, le tempeh est utilisé dans le monde entier dans la cuisine végétarienne, où il
remplace la viande. On le trouve au marché sous forme de bloc blanc constitué de petites graines.
Coupé en tranches qui seront ensuite frites ou cuites à la vapeur, il accompagne très souvent les
plats ou on le retrouve vendu comme encas, fritures comme les beignets de légumes, de patate
douce, de bananes, etc. Les variantes ensuite sont multiples selon les îles …
 Fabrication
Le tempeh est fabriqué à partir de graines de soja jaune dépelliculées. Les graines de soja sont
nettoyées, placées 12 à 15 heures à température ambiante dans de l’eau contenant de l’acide
lactique ou acétique pour optimiser la pénétration du mycélium et limiter la prolifération des microorganismes ; puis, elles sont cuites, séchées et ensemencées avec un ferment (Rhizopus
oligosporus) riche en protéases et lipases. Après 24 à 36 h de fermentation à 30°C, des
moisissures se forment et transforment la préparation en une sorte de pâte compacte. Ces microorganismes contribuent au développement des propriétés organoleptiques du tempeh.
 Propriétés organoleptiques
Le tempeh, de couleur ivoire, possède une odeur de levure, des arômes de viande, de noisette,
de champignons, de noix, avec une note poivrée. Le meilleur tempeh est réalisé avec des
végétaux qui possèdent une faible teneur en amidon et une forte teneur en protéines après 72
heures de fermentation. On caractérise des modifications importantes au niveau des constituants
des graines de soja.

 Qualités nutritionnelles
- Disparition quasi-totale des facteurs antinutritionnels du soja grâce à la fermentation et la
cuisson (phytates, tanins, facteurs anti-protéases).
- Augmentation forte du taux des AA libres : multiplié par 80 par rapport aux AA libres des
graines.
- Elimination des oligosaccharides de flatulence dès le trempage.
- Grâce à l’action d’une des lipases du ferment, les lipides du tempeh sont moins susceptibles aux
phénomènes d'autoxydation que les lipides de la graine.
- Augmentation des minéraux : zinc, cuivre, fer, calcium, magnésium et manganèse. En
revanche, on observe une diminution du taux de potassium.
- Augmentation des taux de vitamines : riboflavine, vitamines du groupe B (exceptée la
thiamine / B1). Il est également riche en vitamine B12, ce qui est remarquable pour un aliment
d'origine végétale.
- C’est le substitut végétal le plus proche de la viande rouge avec un taux de protéines allant
jusqu’à 18% contre 21% pour la viande. Très digeste, sans cholestérol et sans gluten.
4.2 Innovation Soja : le Tofu Lacto-fermenté
 Fabrication
C’est l’application des technologies fromagères classiques au lait de soja. Il y a pasteurisation,
puis thermisation et ensemencement avec des bactéries lactiques sélectionnées, cultivées sur un
milieu végétal. Après fermentation, égouttage et mise en forme, on obtient le tofu lacto-fermenté.
La coagulation des protéines est due à l’acidification du milieu par les bactéries, et non le résultat
d’une réaction (physico-chimique) à chaud avec le nigari comme dans le cas du tofu classique.
 Propriétés organoleptiques
De couleur blanche, sa texture varie selon le pressage : il peut s’apparenter à un fromage frais à
tartiner, jusqu’à devenir plus consistant et granuleux comme une féta. Son goût est légèrement
acidulé et lactique.
 Qualités nutritionnelles
- Très digeste grâce à la pré-digestion fermentaire.
- Elimination des oligosaccharides de flatulence.
- Riche en protéines (18%) de bonne qualité et facilement assimilables.
- Non-pasteurisé, c’est une excellente source de probiotiques.
- Longue conservation sans prolifération bactérienne.
- C’est le substitut végétal le plus proche des fromages « laitiers » frais et semi-secs, tant d’un
point de vue gustatif que nutritionnel. De plus, il apporte des oméga 3, contient seulement 11g de
lipides pour 100g (dont à peine 1,5g d’acides gras saturés) et très peu de glucides (1,3g/100g).

***

MG


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